鲁科版 2023高考化学 一轮复习 二十 化学平衡常数及转化率的计算 化学反应的方向及条件的优化 课时练习

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  二十  化学平衡常数及转化率的计算化学反应的方向及条件的优化题组一：化学平衡常数(建议用时：15分钟)1．(2022·驻马店模拟)T1时，在1 L的密闭容器中进行反应：2A(g)＋B(g)  2C(g)。A、B的起始浓度分别为0.40 mol·L－1、0.96 mol·L－1，起始压强为p0，反应达到平衡状态时压强为p，＝。下列说法错误的是(　　)A．T1时，A的平衡转化率为80%B．T1时，K＝20，Kp＝C．T1达到平衡时，再充入0.08 mol C和0.20 mol B，则平衡将正向移动D．T2时(T2＞T1)，平衡常数为10，可知该反应为放热反应2．大气固氮(闪电时N2转化为NO)和工业固氮(合成氨)是固氮的重要形式，下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值：项目N2＋O22NON2＋3H22NH3温度25℃2 000℃25℃400℃K3.84×10－310.15×1081.88×104下列说法正确的是(　　)A．常温时工业固氮的转化率较高，因此工业固氮应选择常温下进行B．人类可以通过大规模模拟大气固氮利用氮资源C.大气固氮与工业固氮的K值受温度和压强等的影响较大D．大气固氮是吸热反应，工业固氮是放热反应3．(2022·新乡模拟)在一定体积的密闭容器中，进行反应：2X(g)＋Y(s) Z(g)＋W(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，若其化学平衡常数K和温度t的关系如表。下列叙述正确的是(　　)t/℃7008009001 0001 200K0.61.01.31.82.7A.a＜0B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝C．若在4 L容器中通入X和Y各1 mol，在800 ℃下反应，某时刻测得X的物质的量为 mol，说明该反应已达平衡D．在1 000 ℃时，反应Z(g)＋W(g) 2X(g)＋Y(s)的平衡常数为1.84．(2022·广州模拟)臭氧是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。臭氧可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生如下反应①：O3O2＋[O]　ΔH＞0平衡常数为Ka，反应②：[O]＋O32O2　ΔH＜0平衡常数为Kb，总反应：2O33O2　ΔH＜0平衡常数为K。下列说法错误的是(　　)A．降低温度，K减小     B．K＝Ka·KbC．适当升温，可提高消毒效率  D．压强增大，Kb不变加固训练:在3种不同条件下，分别向容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol A和1 mol B，发生反应：2A(g)＋B(g) 2D(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1。相关条件和数据见表：实验编号实验Ⅰ实验Ⅱ实验Ⅲ反应温度/℃700700750达平衡时间/min40530n(D)平衡/mol1.51.51化学平衡常数K1K2K3下列说法正确的是(　　)A．K3>K2＝K1B．实验Ⅱ可能是增大了压强C．实验Ⅲ达平衡后容器内的压强是实验Ⅰ的倍D．实验Ⅲ达平衡后，恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D，平衡不移动5．已知化学反应①：Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)，其平衡常数为K1；化学反应②：Fe(s)＋H2O(g) FeO(s)＋H2(g)，其平衡常数为K2。在温度973 K和1 173 K情况下，K1、K2的值分别如表所示：温度973 K1 173 KK11.472.15K22.331.67(1)通过表格中的数值可以推断：反应①是________(填“吸热”或“放热”)反应。(2)现有反应③：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，请你写出该反应的平衡常数K3的数学表达式：K3＝____________________。(3)根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系式为________________。根据此关系式及表中数据，也能推断出反应③是____________________(填“吸热”或“放热”)反应。6．(1)温度为T1 ℃时，将等物质的量的CO2和H2充入体积为1 L的密闭容器中发生反应：CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g)　ΔH＝－31.4 kJ·mol－1　K＝2实验测得：v正＝k正c(CO2)·c(H2)，v逆＝k逆c(HCOOH)，k正、k逆为速率常数。T1 ℃时，k逆＝______________(以k正表示)。(2)当温度改变为T2 ℃时，k正＝1.9k逆，则T2 ℃时平衡压强________T1 ℃时平衡压强(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是___________________________。题组二：化学平衡的有关计算(建议用时：15分钟)1．在恒温、恒容条件下发生下列反应：2X2O5(g) 4XO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0，T ℃下的部分实验数据如下表。下列说法错误的是(　　)t/s050100150c(X2O5)/(mol·L－1)4.002.502.002.00A.T ℃下，反应的平衡常数K＝64；100 s时X2O5的转化率为50%B．50 s内，X2O5的反应速率为0.03 mol·L－1·s－1C.已知T1℃下反应的平衡常数为K1，T2℃下反应的平衡常数为K2，若T1＞T2，则K1＞K2D．若只将恒容改为恒压，其他条件都不变，则达到新平衡时X2O5的转化率和平衡常数都不变2．(2022·南昌模拟)T ℃时，向某恒温恒容密闭容器中充入等物质的量的CH4(g)和CO2(g)，发生二氧化碳重整甲烷反应：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)，测得体系中CH4(g)和CO(g)的物质的量浓度随时间变化如图所示，下列说法错误的是(　　)A.点B的坐标为(5，)B．反应进行到5 min时，2v正(CH4)＜v逆(CO)C．CO2(g)的平衡转化率约为33.3%D．T ℃时，该反应的平衡常数为3．甲醚(CH3OCH3)是一种重要的新型能源，用CO和H2合成甲醚的有关反应如下：①CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)   ΔH1＝－99 kJ·mol－1；②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)   ΔH2＝－24 kJ·mol－1；③CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)   ΔH3＝－41 kJ·mol－1。回答下列问题：对于反应：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－24 kJ·mol－1，在T ℃时，向体积不变的密闭容器中投入一定量CH3OH气体，气体混合物中CH3OCH3的物质的量分数φ(CH3OCH3)与反应时间t的关系如表所示：t/min015304580100φ(CH3OCH3)00.050.080.090.100.10(1)30 min时，CH3OH的转化率为________________；根据表中数据，T ℃时，该反应的平衡常数为________________。(2)上述反应中，反应速率v＝v正－v逆＝k正·φ2(CH3OH)－k逆·φ(CH3OCH3)·φ(H2O)，k正和k逆分别为正向、逆向反应速率常数，φ为物质的量分数。计算15 min时＝_______________(结果保留2位小数)。4．含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请按要求回答下列问题。(1)工业上利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为CH4(g)＋NH3(g) HCN(g)＋3H2(g)　ΔH>0在一定温度下，向2 L密闭容器中加入n mol CH4和2 mol NH3，平衡时NH3体积分数随n变化的关系如图1所示。a点时，CH4的转化率为______%；平衡常数：K(a)________K(b)(填“>”“＝”或“<”)。(2)肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2，其反应原理可表示为Mb(aq)＋O2(g) MbO2(aq)，该反应的平衡常数可表示为K＝。在37 ℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图2所示[α＝×100%]。研究表明正反应速率v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，逆反应速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。①试写出平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K＝____(用含有k正、k逆的式子表示)。②试求出图2中c点时，上述反应的平衡常数K＝____kPa－1。已知k逆＝60 s－1，则速率常数k正＝_______s－1·kPa－1。题组三：分压平衡常数(建议用时：15分钟)1．一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是(　　)A.550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总2．汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：温度活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa200℃2.0000.04000.03000.03003.93335℃2.0050.05000.02500.0250p根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：________________，判断p______(填“＞”“＜”或“＝”)3.93 MPa。计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp＝__________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。3．甲醇是一种用途非常广泛的基础化工原料，可通过下列反应合成：Ⅰ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1Ⅱ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2Ⅲ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3回答下列问题：(1)反应(Ⅰ)的ΔS_____(填“>”或“<”)0，ΔH1＝_____(用ΔH2、ΔH3表示)。 (2)上述反应的平衡常数的自然对数值lnKp(Kp为以分压表示的平衡常数)与温度的关系如图甲所示  ①反应(Ⅱ)的ΔH________(填“>”或“<”)0。②480 K时，lnKp(Ⅰ)＋lnKp(Ⅱ)＋lnKp(Ⅲ)＝__________。③某温度下，向某恒容密闭容器中充入0.1 mol CO和0.2 mol H2发生反应(Ⅰ)，达到平衡时，CO的转化率为90%，若平衡时总压强为5 MPa，则Kp＝____________(Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。(3)若用CO和CO2混合气体合成甲醇，起始时均控制＝2.60，CO的平衡转化率X(CO)与温度及压强的关系如图乙所示。下列说法正确的是______(填字母)。A．p1<p2<p3B．升高温度，反应速率和X(CO)均减小C．起始时若p2＝7.2 MPa，则H2的分压为5.2 MPaD．其他条件不变，增大，X(CO)增大加固训练:下图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104 Pa和105 Pa)。(已知：丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程)(1)104 Pa时，图中表示丙烯的曲线是______(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。(2)104 Pa、500 ℃时，主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝________________(已知：气体分压＝气体总压×体积分数)题组四：化工生产适宜条件的选择(建议用时：15分钟)1．(2022·合肥模拟)下列说法不正确的是(　　)A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应B．升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数C．一个化学反应能否实际进行，除了要考虑反应的自发性，还应该考虑反应速率D．ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行2．“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：主反应：3C4H8(g) 4C3H6(g)；副反应：C4H8(g) 2C2H4(g)。测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示：(1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择________(填序号)。A．300 ℃、0.1 MPa     B．700 ℃、0.1 MPaC．300 ℃、0.5 MPa     D．700 ℃、0.5 MPa(2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是___________。3．(能力拔高题)二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO2和NH3为原料合成尿素是固定和利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g) NH2COONH4(s)　ΔH1＝－159.47 kJ·mol－1反应Ⅱ：NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH2＝＋72.49 kJ·mol－1请回答下列问题：(1)写出CO2和NH3为原料生成尿素和气态水的热化学方程式：__________，反应Ⅱ自发进行的条件是_____________________。(2)CO2和NH3为原料合成尿素的反应中影响CO2转化率的因素很多，图1为某特定条件下，不同水碳比和温度影响CO2转化率变化的趋势曲线。下列说法不正确的是________(填字母)。A．温度升高该反应平衡常数逐渐减小，移走部分尿素平衡向正方向移动B．当温度低于190 ℃，随温度升高CO2转化率逐渐增大，其原因可能是温度升高平衡向正方向移动C．当温度高于190 ℃后，随温度升高CO2转化率逐渐减小，其原因可能是温度升高发生了副反应D．其他条件相同时，为提高CO2的转化率，生产中可以采取的措施是提高水碳比(3)某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c(CO2)的因素，在恒温下将0.4 mol NH3和0.2 mol CO2放入容积为2 L的密闭容器中，t1时达到平衡，其c(CO2)随时间t变化趋势曲线如图2所示。则其逆反应的平衡常数为_____________。加固训练:丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g) C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1②C3H6(g)＋O2(g) C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol－1有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是____________________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是__________________________。(2)如图为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率___________________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是______________________；高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。A．催化剂活性降低　  B．平衡常数变大C．副反应增多       D．反应活化能增大